现控试卷
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哈尔滨工业大学(威海) 2007 / 2008 学年 春 季学期 现代控制理论基础 试题卷(A) 考试形式(开、闭卷):闭卷 答题时间: 120 (分钟) 本卷面成绩占课程成绩 % 题号 一 二三 四 五六七八 九卷 面 总 分 平 时 成 绩 课 程 总 成 绩分数 一、填空题(每空1分,共10分) 1. A为常矩阵,则=)(Atedtd(1) 。 2. 已知⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=322sin62tttA,则=•A(2) , =∫Adt(3) 。 3. 设A为nn×方阵,若存在向量 x ≠ 0 及标量λ,满足(4) , 则称x为矩阵A的特征向量,称λ为(5) ; 记c(λ)为A的特征多项式,则 c(λ) =(6)
;A的 特征方程为(7) ;根据Cayley-Hamilton定理, 有(8) ,即任意方阵A满足它自己的(9) 。 4. 图示MIMO串联系统方框图中,写出Y(s) 和U(s) 的关系为 (10) 。 得分
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遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范 教研室主任签字: 第 1页(共 8 页) 二、选择题(每题2分,共10分) 1. 已知A有特征值λ,132)(2++=xxxf,则 f(A) 有特征值( )。 (A) 132)(2++=λλλf (B) λ (C) -1和-1/2 (D) 不确定 2. 设A为 n 阶方阵,且Ak=0(k为正整数),则( )。 (A) A=0 (B) A有一个不为0的特征值 (C) A的特征值全是0 (D) A有n个线性无关的特征向量 3. 设稳定的SISO系统I的系统阵A为对角矩阵且有一特征值λ=-2, 则以1231−⎟⎠⎞⎜⎝⎛A作为系统矩阵的系统II,一定( )。 (A) 稳定 (B) 不稳定 (C) Lyapunov意义下稳定 (D) 不确定 4. 设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=0011100yxA有三个线性无关的特征向量,则标量x和y应满足的条件是( )。 (A) x=0,y=0 (B) x=0,y任意 (C) y=0,x任意 (D) x+y=0 5. 关于非线性系统稳定性分析的命题,您认为正确的是( )。 (A) 线性系统平衡状态只有一个;非线性系统平衡状态可能有多个 (B) 采用线性化方法时,如果线性系统稳定,则原非线性系统稳定;反之,如果线性系统不稳定,则原非线性系统不稳定 (C) 如果处于稳定边界(有纯虚根),则线性化方法失效 (D) 通常的分析步骤是:先用线性化方法试探,若失效再用克拉索夫斯基方法,最后考虑采用李雅普诺夫第二方法 得分
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第 2 页(共 8 页) 三、判断题(共10分,每题1分) 注: 在您认为正确的命题前面括号中打“√”;否则打“×”并说明理由或改正。 1. ( )控制系统的状态,是指能够完全描述系统时域行为的一个最小变量组。 2. ( )在SISO系统(A,B,C,D)中,矩阵A的特征值就是闭环系统的极点。 3. ( )在系统的状态空间描述(A,B,C,D)中,系统状态的能控性和能观测性完全由系统矩阵A确定。 4. ( )当矩阵A的n个特征值互异时,必定存在n个独立的特征向量;但若出现重特征值,则不可能有n个独立的特征向量。 5. ( )若连续系统是稳定的,则其离散系统也必定稳定。 6. ( )单变量系统既能控又能观的充要条件是传递函数G(s)中没有零极点相消;而对多变量系统,其“传递函数矩阵G(s)中没有零极点相消”仅是系统既能控又能观的充分条件。 7. ( )传递函数矩阵描述的只是系统中能控子系统的特性,而不能反映系统中不可控的部分。 8. ( )对偶的两个系统特征值相等、传递函数矩阵相等。 9. ( ) 只要系统部分状态可控,则可能通过线性状态反馈来调整系统极点。 10. ( ) 若连续系统不能控(不能观),则其离散化系统必不能控(不能观);若离散化后的系统能控(能观),则离散化前的连续系统必能控(能观)。 得分
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第 3 页(共 8 页) 四、(本题共5分) 试用Sylvester判据判断Lyapunov 函数 32312123222122434)(xxxxxxxxxxV−−+++=的定号性。 五、证明题(本题共10分) (a) 证明矩阵恒等式:()()11−−−=−BAIAAABI;(5分) (b) 求图示MIMO闭环系统的传递函数矩阵)(sT;并利用(a)中结论,验证)()]()([)(1sGsHsGIsT−−=。(5分) G(s)H(s)U(s)Y(s)+遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范
第 4 页(共 8 页) 六、(本题共15分) (a) 已知系统矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−=111001001A,求Ate.(6分) (b) 已知⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−=256100010A,计算kA和Ate.(最终结果可写成矩阵积的形式而不必求出具体值。) (9分) 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范
第 5 页(共 8 页) 七、(本题共10分) 已知微分方程uuuyyyy562254++=+++•••••••••, (a) 用“求iβ”的方法,将化为状态空间模型。(5分) (b) 写出系统的传递函数)()()(sUsYsG=,并化为对角标准形。(5分) 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范
第 6 页(共 8 页) 八、(本题共15分) 设某系统的输入输出模型为:••••+=+++uucyyayay221,其中y为输出,u为输入。 (a) 求描述上述系统的状态空间实现;(3分) (b) 设2,2,321===caa,试证明系统在原点处是渐近稳定的;(5分) (c) 在(b)条件下,请在原点附近求取某个区域,使得当t趋于无穷大时,起始于该区域内的初始状态的所有运动均趋于零。这一区域称为“吸引域”。(7分) 提示:求得线性化系统的Lyapunov 函数及其边界曲线;求得使位于边界内区域的任意点21,xx有0)(<•xV。 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范
第 7 页(共 8 页) 九、(本题共15分) 已知系统[][]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321321321110201300020001xxxyuxxxxxx&&&, (a) 判断系统的稳定性;(3分) (b) 判断系统是否完全能控、完全能观测,并指出各状态分量的能控和能观性;(4分) (c) 能否用线性状态反馈[]xkkkxUL21==,将原有的极点-1,-2,3调整为-1,-2,-3?若能请计算出321,,kkk的值;若不能,请说明原因; (5分) (d) 判断系统的输出可控性。(3分) 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范
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